Емкостный индукционный генератор (варианты)



Емкостный индукционный генератор (варианты)
Емкостный индукционный генератор (варианты)
Емкостный индукционный генератор (варианты)
Емкостный индукционный генератор (варианты)
Емкостный индукционный генератор (варианты)
Емкостный индукционный генератор (варианты)

 


Владельцы патента RU 2518191:

Бушма Владимир Олегович (RU)

Изобретение относится к технике высоких напряжений, к электростатическим генераторам с транспортерами-проводниками. Технический результат состоит в повышении мощности. Генератор содержит ротор в виде диска с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием. Статор выполнен в виде двух одинаковых колец, расположенных по обе стороны диска и симметрично относительно плоскости его симметрии, перпендикулярной оси диска. Внутренняя поверхность каждого кольца имеет форму боковой поверхности усеченного конуса и расположена с зазором относительно расположенного напротив ее и соответствующего ей участка боковой поверхности диска. На каждом участке боковой поверхности диска и на внутренней поверхности каждого кольца расположены металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующей каждому металлическому элементу конической поверхности, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром, равным диаметру большого основания усеченных конусов. Металлические элементы расположены равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга. Металлические элементы, расположенные на диске, имеют выпуклую форму, а на внутренней поверхности колец - вогнутую форму. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к технике высоких напряжений, а более конкретно к электростатическим генераторам с транспортерами-проводниками.

Из достигнутого уровня техники известны три типа емкостных индукционных генераторов, а именно генераторы дискового типа, генераторы цилиндрического типа и генераторы стержневого типа (см. Воробьев А.А. и др. Высоковольтное испытательное оборудование и измерение. Под ред. Воробьева А.А., Госэнергоиздат, М.-Л., 1960 [1]), при этом в генераторах дискового типа транспортеры-проводники выполнены в виде металлических секторов, в генераторах цилиндрического типа транспортеры-проводники выполнены в виде металлических элементов, имеющих поперечное сечение в форме кольцевого сектора, а в генераторах стержневого типа транспортеры-проводники выполнены в форме металлических стержней круглого или эллиптического сечения.

Так известен емкостный индукционный генератор дискового типа, содержащий вращающийся ротор, выполненный в виде N параллельных между собой диэлектрических дисков, закрепленных на общей оси и расположенных вдоль нее на одинаковом расстоянии относительно друг друга, а также неподвижный статор, выполненный в виде N+1 диэлектрических дисков, расположенных вдоль упомянутой выше общей оси и в чередующейся последовательности с дисками ротора, при этом на каждом диске ротора и диске статора расположены изолированные относительно друг друга одинаковые металлические элементы, имеющие форму секторов.

Металлические элементы, соответствующие каждому диску ротора и каждому диску статора, через один электрически соединены между собой. Токосъем в этом генераторе осуществляется с помощью пары щеток, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга и подключенных к нагрузке (см. [1], с.97÷102; а также Полотовский Л.С. Емкостные машины постоянного тока высокого напряжения, Госэнергоиздат, М.-Л., 1960 [2], с.40÷41).

Емкостные индукционные генераторы дискового типа обеспечивают достижение достаточно удовлетворительных эксплуатационных параметров, а за счет эффективного использования рабочего пространства генераторы этого типа характеризуются сравнительно большой удельной мощностью. Однако конструирование вращающихся частей этих генераторов представляет большие трудности, поскольку металлические элементы необходимо крепить к дискам ротора, которые выполнены из диэлектрического материала. В процессе работы генератора диэлектрические элементы ротора деформируются под действием центробежных сил, вследствие чего возникает перекос дисков ротора.

Кроме того, известен емкостный индукционный генератор цилиндрического типа, содержащий неподвижно закрепленные в корпусе генератора статорные металлические элементы в виде пластин, имеющих в поперечном сечении форму кольцевого сектора и расположенных с одинаковым зазором относительно друг друга по окружности, а также закрепленные на вращающемся роторе роторные металлические элементы, количество которых равно количеству статорных металлических элементов, при этом роторные металлические элементы также имеют в поперечном сечении форму кольцевого сектора и расположены с одинаковым зазором по окружности, концентричной окружности, по которой расположены статорные металлические элементы. Токосъем в этом генераторе осуществляется с помощью пары щеток, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга и подключенных к нагрузке (см. [1] с.104÷106).

Основное достоинство емкостных индукционных генераторов цилиндрического типа заключается в том, что за счет цилиндрической формы этих генераторов обеспечивается возможность изготовления простых и малогабаритных источников высокого напряжения малой мощности (до 0,1 кВт). Однако вследствие неэффективного использования рабочего пространства, емкостные индукционные генераторы цилиндрического типа характеризуются меньшей удельной мощностью по сравнению с емкостными индукционными генераторами дискового типа.

Несмотря на значительную удельную мощность, развиваемую емкостными индукционными генераторами дискового типа, полезно действующая площадь поверхности размещенных на диске ротора транспортеров-проводников (иными словами, площадь той части поверхности расположенных на дисках ротора металлических элементов, которая, являясь их лобовой частью, испытывает действие электрических сил) значительно меньше всей площади поверхности этих транспортеров-проводников (металлических элементов). Стремление к увеличению площади полезно действующей поверхности транспортеров-проводников привело к созданию емкостных индукционных генераторов стержневого типа.

Известен емкостный индукционный генератор стержневого типа, взятый в качестве прототипа и содержащий вращающийся ротор цилиндрической формы с N параллельными между собой рядами металлических элементов (стержней), закрепленных радиально на его внешней поверхности, при этом металлические элементы в каждом ряду расположены последовательно вдоль оси ротора на одинаковом расстоянии относительно друг друга. Одноименные металлические элементы всех рядов электрически соединены между собой и с соответствующей каждым N одноименным металлическим элементам (стержням) коллекторной пластиной, а токосъем в этом генераторе осуществляется с помощью пары щеток, расположенных диаметрально противоположно и подключенных к нагрузке. Кроме того, емкостный индукционный генератор стержневого типа содержит неподвижный и охватывающий ротор статор, выполненный в форме кольца с N+1 параллельными между собой рядами индукторов, расположенных со стороны внутренней поверхности статора вдоль его оси (совпадающей с осью ротора) и в чередующейся последовательности с рядами металлических элементов ротора. Каждый ряд индукторов содержит два пластинчатых индуктора, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга, и равномерно расположенные между пластинчатыми индукторами стержневые индукторы, установленные по радиусу, при этом для обеспечения равномерного распределения потенциалов по индукторам каждого ряда стержневые индукторы каждого ряда подключены к соответствующей им паре делителей напряжения (см. [1] с.106÷110).

Основной недостаток прототипа (а также всех описанных выше аналогов) заключается в том, что величина емкости между перемещающимися относительно друг друга металлическими элементами статора и ротора изменяется по линейному закону (см. Каплянский А.Е. Введение в общую теорию электрических машин. Л., Госэнергоиздат, 1941 [3], с.78÷80). Вследствие этого из уровня техники известны только два пути решения задачи по увеличению мощности емкостных индукционных генераторов, а именно либо путем увеличения напряжения возбуждения, либо путем увеличения скорости изменения величины упомянутой выше емкости, при этом увеличение скорости изменения емкости может быть достигнуто как за счет увеличения ее максимального значения (увеличения площади металлических элементов и/или за счет увеличения диэлектрической проницаемости газовой или жидкостной среды), так и за счет повышения скорости вращения ротора. Однако эти известные из уровня техники пути решения задачи по увеличению скорости изменения упомянутой выше емкости сопряжены с серьезными техническими трудностями, в частности, с необходимостью обеспечения высокой электрической прочности диэлектрических деталей и высокой механической прочности ротора при одновременном снижении потерь на трение при движении ротора в газовой или жидкостной среде.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению скорости изменения величины емкости между перемещающимися относительно друг друга металлическими элементами емкостного индукционного генератора как с независимым возбуждением, так и с самовозбуждением при оптимальных в каждом конкретном случае напряжении возбуждения, максимальной величины упомянутой выше емкости и скорости вращения. Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении не менее чем на 90% мощности емкостного индукционного генератора как с независимым возбуждением, так и с самовозбуждением.

Согласно первому варианту поставленная задача решена тем, что в емкостном индукционном генераторе, содержащем соосно расположенные осесимметричный вращающийся ротор и охватывающий его осесимметричный неподвижный статор, металлические элементы, расположенные равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора, а также щетки для токосъема, к которым подключена нагрузка, согласно изобретению ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием, имеющим диаметр D1, и с углом α при их вершинах, лежащих на оси диска симметрично относительно перпендикулярной к ней плоскости симметрии диска, статор выполнен в виде двух одинаковых колец из диэлектрического материала с толщиной b=В/2, где В - толщина диска, расположенных по обе стороны диска и симметрично относительно плоскости его симметрии, при этом внутренняя поверхность каждого кольца имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом α при вершине, лежащей на оси диска, и расположена с зазором δ относительно расположенного напротив ее и соответствующего ей участка боковой поверхности диска, имеющего форму боковой поверхности усеченного конуса, а каждое кольцо расположено на расстоянии W=δ·sin(α/2) относительно плоскости симметрии диска и имеет максимальный диаметр осевого отверстия, равный D1, на каждом упомянутом выше участке боковой поверхности диска расположено четное количество упомянутых выше одинаковых металлических элементов, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D1, при этом каждый расположенный на диске металлический элемент имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, а вершина угла между боковыми сторонами металлических элементов обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, при этом металлические элементы на упомянутых выше участках боковой поверхности диска расположены напротив друг друга и электрически через один соединены между собой, а щетки расположены диаметрально противоположно относительно диаметра D1 диска и симметрично относительно его плоскости симметрии, на внутренней поверхности каждого кольца статора также расположены одинаковые металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей внутренней конической поверхности соответствующего кольца, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D1, при этом каждый расположенный на кольцах металлический элемент имеет вогнутую форму, повторяющую форму внутренней поверхности соответствующего кольца, при этом угол между боковыми сторонами этих металлических элементов равен углу между боковыми сторонами металлических элементов, расположенных на диске, а вершина этого угла обращена к вершине конической боковой поверхности соответствующего кольца, при этом количество металлических элементов, расположенных на каждом кольце, равно или в два раза меньше количества металлических элементов, расположенных на диске.

Согласно второму варианту поставленная задача решена тем, что емкостный индукционный генератор, содержащий осесимметричный вращающийся ротор с металлическими элементами, расположенными равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга, а также щетки для токосъема, согласно изобретению дополнительно содержит два ротора, при этом каждый ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием, имеющим диаметр D2, и с углом 60° при их вершинах, лежащих на оси диска и симметрично относительно перпендикулярной к ней плоскости симметрии диска, диски расположены относительно друг друга с обеспечением зазора δ между их боковыми поверхностями, а их оси расположены вдоль соответствующей каждой из них стороне равностороннего треугольника с длиной L, удовлетворяющей следующему соотношению D2=3-1/2·(L+2δ), на имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса каждом участке боковой поверхности каждого диска расположены одинаковые металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D2, при этом каждый металлический элемент имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, а вершина угла между боковыми сторонами металлических элементов обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, металлические элементы на упомянутых выше участках боковой поверхности каждого диска расположены напротив друг друга, токосъем с каждого диска осуществляется с помощью соответствующей ему щетки, имеющей ширину, которая не превышает расстояния между основаниями металлических элементов, при этом щетки расположены в зазоре между дисками, симметрично плоскости, проходящей через оси дисков, а также симметрично относительно плоскости симметрии соответствующего каждой из них диска, причем щетки попарно электрически соединены между собой одинаковыми цепочками, каждая из которых включает последовательно содиненные индуктивность и нагрузку.

Преимущество патентуемого емкостного индукционного генератора по сравнению с прототипом заключается в том, что за счет новой (неизвестной из уровня техники) конструкции ротора и охватывающего его статора, а также за счет патентуемой формы выполнения металлических элементов, расположенных на роторе и статоре, обеспечивается практически двухкратное увеличение мощности генератора с независимым возбуждением вне зависимости от величины напряжения возбуждения, максимального значения емкости между перемещающимися относительно друг друга металлическими элементами и скорости вращения ротора, которые в каждом конкретном случае имеют оптимальное значение. Кроме того, использование трех одинаковых роторов (аналогичных ротору, используемому в первом варианте воплощения патентуемого емкостного индукционного генератора), расположенных патентуемым образом, обеспечивает более чем двукратное увеличение мощности емкостного индукционного генератора с самовозбуждением.

На фиг.1 схематично изображен емкостный индукционный генератор (согласно первому варианту), частичный разрез; на фиг, 2 - ротор, вид в направлении его оси; на фиг.3 - кольцо статора, вид в направлении его оси; на фиг.4 - емкостный индукцционный генератор (согласно второму варианту), вид сверху; на фиг.5 - электрическая схема соединения щеток между собой; на фиг.6 - эквивалентная электрическая схема емкостного индукционного генератора.

Согласно первому варианту патентуемый емкостный индукционный генератор содержит соосно расположенные осесимметричный вращающийся ротор и охватывающий его осесимметричный неподвижный статор. Ротор выполнен в виде диска 1 (фиг.1 и 2) из диэлектрического материала с боковой поверхностью 2 в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости 3 симметрии диска 1 их большим основанием, имеющим диаметр D1 и с углом α при их вершинах 4, лежащих на оси 5 диска 1 симметрично относительно перпендикулярной ей плоскости 3 его симметрии. Статор (фиг.1 и 3) выполнен в виде двух одинаковых колец 6 из диэлектрического материала с толщиной b=В/2, где В - толщина диска 1, расположенных по обе стороны диска 1 и симметрично относительно плоскости 3 его симметрии, при этом внутренняя поверхность 7 каждого кольца 6 имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом α при вершине 8, лежащей на оси 5 диска 1, и расположена с зазором δ относительно расположенного напротив ее и соответствующего ей участка боковой поверхности 2 диска 1 в форме боковой поверхности усеченного конуса, а каждое кольцо 6 расположено на расстоянии W=δ·sin(α/2) относительно плоскости 3 симметрии диска 1 и имеет максимальный диаметр D1.

На каждом участке боковой поверхности 2 диска 1, имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса, равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга (иными словами, с обеспечением электрической изоляции относительно друг друга) расположены (закреплены) выполняющие функцию транспортеров-проводников 2М, где М - целое число, одинаковых металлических элементов 9 каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами 10, биссектриса 11 угла между которыми расположена вдоль и равна длине образующей соответствующего ей и упомянутого выше участка боковой поверхности 2 диска 1, и с основанием 12, являющимся дугой окружности с диаметром, равным D1, при этом каждый металлический элемент 9 имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности 2 диска 1, а вершина 13 угла между боковыми сторонами 10 металлических элементов 9 обращена к вершине 4 конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности 2 диска 1.

Металлические элементы 9 совершенно одинаково расположены на упомянутых выше участках боковой поверхности 2 диска 1 (иными словами, напротив друг друга). В результате основания 12 металлических элементов 9, расположенных на соседних и упомянутых выше участках боковой поверхности 2 диска 1, попарно контактируют между собой, иными словами электрически соединены между собой. Кроме того, упомянутые выше пары металлических элементов 9 дополнительно через одну электрически соединены между собой (аналогично тому, как описано в [2] с.39), образуя две разнополярные группы пар металлических элементов 9, токосъем с которых осуществляется посредством двух щеток 14, расположенных диаметрально противоположно относительно диаметра D1 диска 1 и симметрично относительно плоскости 3 его симметрии, при этом к щеткам 14 подключена нагрузка 15. Что касается ширины щеток 14, то она, также, как и в известных из уровня техники емкостных индукционных генераторах, меньше расстояния между основаниями 12 металлических элементов 9.

На внутренней поверхности 7 каждого кольца 6 также равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга (иными словами, с обеспечивающим электрическую изоляцию зазором относительно друг друга) расположены (закреплены) одинаковые металлические элементы 16, выполняющие функцию индукторов, при этом каждый металлический элемент 16 выполнен в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами 17, биссектриса 18 угла между которыми расположена вдоль образующей внутренней конической поверхности 7 соответствующего кольца 6, и с основанием 19, представляющим собой дугу окружности с диаметром D1, при этом каждый металлический элемент 16 имеет вогнутую форму, повторяющую форму внутренней поверхности 7 соответствующего кольца 6, угол между боковыми сторонами 17 равен углу между боковыми сторонами 10 металлических элементов 9, а вершина упомянутого выше угла обращена к вершине 8 конической боковой поверхности 7 соответствующего кольца 6.

Что касается количества металлических элементов 16, то оно может быть равно или М, или 2М, при этом в последнем случае обеспечивается во время работы патентуемого генератора перезарядка металлических элементов 9 (см. [1], с.99-101). Если количество металлических элементов 16 в два раза меньше количества металлических элементов 9, то все металлические элементы 16 электрически соединены между собой и подключены к источнику напряжения U0. Если количество металлических элементов 16 равно количеству металлических элементов 9, то металлические элементы 16, так же как и металлические элементы 9, через один электрически соединены между собой, при этом одна группа электрически соединенных между собой металлических элементов 16 соединена с выводом источника напряжения возбуждения одной полярности (+U0), а вторая группа соединенных между собой металлических элементов 16 электрически соединена с выводом источника напряжения возбуждения другой полярности (-U0).

Кольца 6 жестко, а диск 1 на подшипниках установлены в корпусе (на чертежах не показан), например, цилиндрической формы.

Известные из уровня техники пути увеличения мощности емкостных индукционных генераторов могут быть использованы и в патентуемом генераторе. Так увеличение мощности патентуемого генератора может быть обеспечено путем формирования простой сборки из одинаковых генераторов, расположенных последовательно вдоль общей оси вращения, на которой закреплены диски 1 всех генераторов сборки, при этом однополярные щетки всех генераторов сборки электрически соединены между собой. В этом случае, целесообразно, кольца 6 расположенных рядом патентуемых генератора выполнить за одно целое.

В отличие от описанного выше первого варианта емкостного индукционного генератора, который является генератором с независимым возбуждением, емкостный индукционный генератор по второму варианту является генератором с самовозбуждением и содержит три одинаковых ротора, каждый из которых выполнен в виде диска 201, 202 и 203. Диски 201, 202 и 203 расположены с обеспечением зазора между ними, при этом оси 211, 212 и 213 вращения дисков 201, 202 и 203 расположены вдоль соответствующей каждой из них стороне равностороннего треугольника, имеющей длину L (фиг.4), при этом диски вращаются в одном и том же направлении относительно часовой стрелки. Каждый диск 201, 202 и 203 выполнен из диэлектрического материала соответственно с боковой поверхностью 221, 222 и 223, имеющей форму боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости 231, 232 и 233 симметрии соответствующего диска 201, 202 и 203 их общим большим основанием, имеющим диаметр D2=3-1/2(L+2δ), где δ - зазор между боковыми поверхностями 221, 222 и 223 рядом расположенных дисков 201÷203, и с углом 60° при их вершинах, лежащих на осях 211, 212 и 213 симметрично относительно соответственно перпендикулярных этим осям плоскостей 231, 232 и 233 симметрии дисков 201, 202 и 203.

На каждом участке боковой поверхности 221, 222 и 223 соответственно дисков 201, 202 и 203, имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса, равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга расположены (закреплены) одинаковые металлические элементы 240, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами 250, биссектриса 260 угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности 221, 222 и 223 соответствующего диска 202, 202 и 203, и с основанием 270, являющимся дугой окружности с диаметром D2, при этом каждый металлический элемент 240 имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности 221, 222 и 223 соответственно дисков 201, 202 и 203, а вершина 280 угла между боковыми сторонами 250 металлических элементов 240 обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности 221, 222 и 223 соответствующего диска 201, 202 и 203, причем металлические элементы 240 на упомянутых выше участках боковой поверхности каждого диска 201÷203 расположены напротив друг друга.

Токосъем с каждого диска 201, 202 и 203 осуществляется с помощью соответствующей щетки 291, 292 и 293. при этом щетки 291÷293 расположены в зазоре между дисками 201÷203, симметрично относительно плоскости, проходящей через оси 211÷213, а каждая щетка имеет ширину, которая не превышает расстояния между основаниями 270 металлических элементов 240 и расположена симметрично относительно плоскости 231, 232 и 233 симметрии соответствующего ей диска 201, 202 и 203. Щетки 291÷293 (фиг.5) попарно соединены между собой одинаковыми цепочками, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных индуктивности 300 и нагрузки 310, при этом параметры индуктивностей 300 соответствуют резонансной частоте LC-контура, в который включена нагрузка 310, равной половине частоты вращения дисков 201÷203. В момент времени, когда металлические элементы 240 всех дисков 201÷203 расположены напротив друг друга, то они образуют трехобкладочный конденсатор, эквивалентная схема которого представлена на фиг.6 в виде трех одинаковых спаренных конденсаторов Сэ переменной емкости, соединенных между собой по схеме треугольника.

Привод дисков 201÷203 может осуществляться с помощью или отдельных приводов, или с помощью одного привода.

Работа емкостного индукционного генератора, представленного на фиг.1÷3 (первый вариант), осуществляется аналогично работе известных из уровня техники и описанных выше емкостных индукционных генераторов. На металлических элементах 9, расположенных напротив металлических элементов 16, находящихся под напряжением (+U0) возбуждения, индуцируется заряд одного знака, а на металлических элементах 9, расположенных напротив металлических элементов 16, находящихся под напряжением (-U0) возбуждения, индуцируется заряд противоположного знака, при этом величина индуцируемого заряда определяется величиной емкости между расположенными напротив друг друга металлическими элементами 9 и 16. При вращении ротора величина емкости между металлическими элементами 9 и 16 изменяется, а следовательно, поскольку величина напряжения возбуждения остается постоянной, изменяется величина заряда на упомянутых выше металлических элементах. Изменение же заряда сопровождается током в цепи нагрузки 15. Патентуемое выполнение ротора и статора обеспечивает изменение во времени емкости между металлическими элементами 9 и 16 по степенной зависимости с показателя от 1,92 до 1,96, а следовательно, увеличение тока практически в два раза. Выполнение диска 1 с боковой поверхностью 2, имеющей форму боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с общим большим основанием, обеспечивает возможность увеличения полезной площади диска 1 (а следовательно, и мощности генератора в два раза) за счет использования спаренных индукторов (двух колец 6).

Емкостный индукционный генератор, представленный на фиг.4÷6 (второй вариант), работает аналогично тому, как работает параметрический емкостный генератор (см. [3] с.60-62). В предпочтительном воплощении патентуемого генератора предварительно всем металлическим элементам 240 одного из дисков 201÷203 сообщается одинаковый заряд. После этого диски 201÷203 приводятся во вращение с одинаковой скоростью. В результате вращения дисков 201÷203 величина емкости между каждой парой щеток 291÷293 изменяется с частотой, соответствующей скорости вращения дисков 201÷203, а следовательно, с той же частотой изменяется величина емкости конденсаторов Сэ (фиг.6) в каждой цепочке, содержащей индуктивность 300 и нагрузку 310 (активную). За счет расположения металлических элементов 240 (иными словами, обкладок каждого конденсатора, включенного в цепочку, содержащую индуктивность 300 и нагрузку 310) на поверхностях, являющихся боковыми поверхностями усеченных конусов, обеспечивается изменение емкости между металлическими элементами 240 рядом расположенных дисков по степенной зависимости с показателем 2,3÷2,5, поскольку при вращении дисков 201÷203 изменяется не только взаимное положение металлических элементов 240 на соседних дисках 201, 202 и 203, но и величина зазора между ними. При этом за счет выполнения щеток 291÷293 с шириной, не превышающей расстояния между основаниями 270 металлических элементов 240, обеспечивается глубина модуляции емкости, равная единице, а за счет электростатической индукции сообщается заряд металлическим элементам, расположенным и на других дисках. В результате в каждой цепочке, содержащей нагрузку 310, возникает и поддерживается переменный ток, частота которого вдвое меньше, чем частота изменения емкости.

Здесь необходимо отметить, что патентуемый емкостный индукционный генератор может работать и без предварительной зарядки металлических элементов 240 одного из дисков, поскольку небольшие заряды всегда присутствуют на металлических элементах 240. Однако в этом случае увеличивается время, необходимое для выхода генератора на рабочий режим.

Использование патентуемого емкостного индукционного генератора позволяет одновременно осуществить питание трех потребителей. Для стабилизации амплитуды переменного тока в цепи каждой нагрузки 310 необходимо использовать индуктивности с железным сердечником, поскольку при увеличении тока в режиме самовозбуждения выше заданного значения реактивное сопротивление индуктивности будет уменьшаться, а следовательно, декремент цепочки будет увеличивается.

Промышленная применимость патентуемого технического решения подтверждается также возможностью осуществления его на существующих электротехнических предприятиях.

1. Емкостный индукционный генератор, содержащий соосно расположенные осесимметричный вращающийся ротор и охватывающий его осесимметричный неподвижный статор, металлические элементы, расположенные равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора, а также щетки для токосъема, к которым подключена нагрузка, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием, имеющим диаметр D1, и с углом α при их вершинах, лежащих на оси диска симметрично относительно перпендикулярной к ней плоскости симметрии диска, статор выполнен в виде двух одинаковых колец из диэлектрического материала с толщиной b=В/2, где В - толщина диска, расположенных по обе стороны диска и симметрично относительно плоскости его симметрии, при этом внутренняя поверхность каждого кольца имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом α при вершине, лежащей на оси диска, и расположена с зазором δ относительно расположенного напротив ее и соответствующего ей участка боковой поверхности диска, имеющего форму боковой поверхности усеченного конуса, а каждое кольцо расположено на расстоянии W=δ·sin(α/2) относительно плоскости симметрии диска и имеет максимальный диаметр осевого отверстия, равный D1, на каждом упомянутом выше участке боковой поверхности диска расположено четное количество упомянутых выше одинаковых металлических элементов, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D1, при этом каждый расположенный на диске металлический элемент имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, а вершина угла между боковыми сторонами металлических элементов обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, при этом металлические элементы на упомянутых выше участках боковой поверхности диска расположены напротив друг друга и электрически через один соединены между собой, а щетки расположены диаметрально противоположно относительно диаметра D1 диска и симметрично относительно его плоскости симметрии, на внутренней поверхности каждого кольца статора также расположены одинаковые металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей внутренней конической поверхности соответствующего кольца, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D1, при этом каждый расположенный на кольцах металлический элемент имеет вогнутую форму, повторяющую форму внутренней поверхности соответствующего кольца, при этом угол между боковыми сторонами этих металлических элементов равен углу между боковыми сторонами металлических элементов, расположенных на диске, а вершина этого угла обращена к вершине конической боковой поверхности соответствующего кольца, при этом количество металлических элементов, расположенных на каждом кольце, равно или в два раза меньше количества металлических элементов, расположенных на диске.

2. Емкостный индукционный генератор, содержащий осесимметричный вращающийся ротор с металлическими элементами, расположенными равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга, а также щетки для токосъема, отличающийся тем, что он дополнительно содержит два ротора, при этом каждый ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием, имеющим диаметр D2, и с углом 60° при их вершинах, лежащих на оси диска и симметрично относительно перпендикулярной к ней плоскости симметрии диска, диски расположены относительно друг друга с обеспечением зазора δ между их боковыми поверхностями, а их оси расположены вдоль соответствующей каждой из них стороне равностороннего треугольника с длиной L, удовлетворяющей следующему соотношению D2=3-1/2·(L+2δ), на имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса каждом участке боковой поверхности каждого диска расположены одинаковые металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D2, при этом каждый металлический элемент имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, а вершина угла между боковыми сторонами металлических элементов обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, металлические элементы на упомянутых выше участках боковой поверхности каждого диска расположены напротив друг друга, токосъем с каждого диска осуществляется с помощью соответствующей ему щетки, имеющей ширину, которая не превышает расстояния между основаниями металлических элементов, при этом щетки расположены в зазоре между дисками, симметрично плоскости, проходящей через оси дисков, а также симметрично относительно плоскости симметрии соответствующего каждой из них диска, причем щетки попарно электрически соединены между собой одинаковыми цепочками, каждая из которых включает последовательно соединенные индуктивность и нагрузку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и направлено на достижение технического результата, состоящего в повышении точности и расширении функциональных возможностей микроэлектромеханических систем за счет использования реверсивного микродвигателя вращения в качестве углового шагового микро-, нанопозиционера, реверсивного высокоэнергоемкого быстродействующего вращательного микропривода в шаговом и квазиустановившимся режимах.

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии, а именно к устройствам преобразования статического электричества в электрическую энергию небольших напряжений при малых токах.

Изобретение относится к области генерации электроэнергии путем электризации диэлектрических веществ, а именно к устройствам, в которых тепловая или кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию путем ионизации жидкой или газовой среды и снятия с нее заряда.

Изобретение относится к области генерации электроэнергии путем электризации диэлектрических веществ, а именно к устройствам, в которых тепловая или кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию путем ионизации жидкой или газовой среды и снятия с нее заряда.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам электромеханического преобразования энергии и является быстродействующим высокоэнергоемким емкостным преобразователем энергии, изготавливаемым методами технологии микроэлектроники, может быть использовано в устройствах, в которых необходимо создание больших механических сил за короткое время, например в устройствах впрыска топлива в цилиндры двигателей внутреннего сгорания, инжекторов струй жидкости, в микродвигателях для микролетательных аппаратов и микророботов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии, а также в технологиях индукционного нагрева вещества.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике.

Изобретение относится к микро- и нанодвигателям и может быть использовано для построения микро- и нанодвигателей систем передвижения и транспортировки различного назначения.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может быть использовано в промышленности, транспорте, бытовой технике и других областях человеческой деятельности.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к генерации электроэнергии, и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии. .

Изобретение относится к электротехнике. Электростатический генератор содержит расположенный на валу и состоящий из диэлектрического материала цилиндр. К внутренней стороне корпуса (1) прикреплена ткань (4). В ткани (4) расположены металлические полоски (5). К валу (8) прикреплены лопатки. В цилиндре расположены дополнительные металлические полоски и металлическое кольцо (12). Вал (8) вращается с цилиндром. Поверхность цилиндра касается ткани (4). Металлические полоски (5) снимают положительные заряды с цилиндра. По проводам через диоды положительные электрические заряды поступают на линию электропередачи. Дополнительные металлические полоски снимают отрицательные электрические заряды с ткани (4) и подают их на кольцо (12) и токосъемник (13). По проводу (14) через диод (15) отрицательные заряды поступают на линию электропередачи. Техническим результатом является увеличение мощности. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к микроэлектромеханическим генераторам, преобразующим энергию механических колебаний в электрическую энергию, и может быть использовано для подзаряда химического источника тока. Техническим результатом предлагаемого электростатического микроэлектромеханического генератора для подзаряда химического источника тока является упрощение конструкции. Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока содержит постоянный конденсатор, первый диод, первый переменный конденсатор, соединенный с катодом первого диода и постоянным конденсатором, второй диод, соединенный анодом со вторым электродом первого переменного конденсатора, а катодом подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй переменный конденсатор, соединенный с анодом второго диода и вторым электродом первого переменного конденсатора, третий диод, соединенный катодом со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, а анодом соединенный с катодом второго диода и подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, стабилитрон, соединенный катодом с первым переменным конденсатором, катодом первого диода и постоянным конденсатором, а анодом соединенный с постоянным конденсатором и подключенный к положительному полюсу химического источника тока. 1 ил.

Изобретение относится к области электромашиностроения. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности емкостного двигателя, повышение технологичности, упрощение конструкции. Емкостный двигатель содержит подвижный элемент в виде полого диэлектрического цилиндра, металлические электроды, расположенные вокруг ротора. Дополнительно в емкостный двигатель введены кольца регулирования зазора, имеющие сквозные дугообразные пазы, установленные на подшипниковых щитах и защищенные от внешних воздействий крышками подшипников, соединенные между собой планками, а также кольцо регулирования наклона электродов, установленное на переднем подшипниковом щите. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно - к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство с помощью емкости преобразует энергию перепада температур. Устройство включает брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из диэлектрического материала, при этом второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании, материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрик, пьезоэлемент, установленный в пространство между неподвижным корпусом устройства и концом подвижного диэлектрического материала и жестко закрепленный с ними по обеим сторонам. При этом пьезоэлемент выполняет функции источника питания. Техническим результатом является отсутствие дополнительного потребления энергии для первичной зарядки пластин. 1 ил.

Изобретение относится к системам очистки воздуха с использованием электрического поля для поляризации частиц и материала и может использоваться в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, автономных блоках фильтров или вентиляторах, а также в промышленных системах очистки воздуха. Технический результат состоит в снижении габаритов и расширении функциональных возможностей за счет обеспечения сепарации твердых частиц воздуха. В электростатическом сепараторе диэлектрический корпус состоит из нескольких секций, разделенных разделительными перегородками, и содержит заземляющие решетки, а также заряжающие электроды, предварительно заземленные. Проволочный электрод подключен к источнику положительного постоянного тока напряжением большим, чем напряжение источника питания металлических электродов. Изобретение обеспечивает отделение частиц газов, различающихся по их удельному весу друг от друга, и их раздельный сбор в приемные секционированные ячейки с возможностью их раздельной утилизации путем поляризации частиц газов в электростатическом поле и их осаждения на металлических электродах. 1 ил.

Электростатический генератор высокого напряжения (ЭГВН) относится к устройствам, предназначенным для генерации высокого напряжения или высоковольтных электрических разрядов и может использоваться для генерации импульсов тока высокого напряжения в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. В настоящем изобретении в качестве ЭГВН используется электрический конденсатор переменной емкости (ЭКПЕ), емкость которого зависит от расстояния между электродами ЭКПЕ, главным отличием которого от аналогов является дополнительное использование диэлектрического материала с повышенной электрической прочностью, специально помещаемого в пространство, образующееся между электродами ЭКПЕ при увеличении расстояния между ними в процессе работы ЭКПЕ. Это необходимо для того, чтобы уменьшить величину напряжения электрического пробоя между электродами ЭКПЕ и тем самым во много раз увеличить рабочее напряжение и мощность ЭГВН. Наиболее перспективным является использование для этих целей жидкого диэлектрика, который естественным образом заполняет все внутреннее пространство между электродами ЭКПЕ при отдалении электродов ЭКПЕ друг от друга и вытесняется из этого пространства при обратном сближении электродов ЭКПЕ. 7 з.п. ф-лы.
Наверх